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    重庆时时彩号码表: 一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置及方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201811651574

    申请日:

    20181231

    公开号:

    CN109639369A

    公开日:

    20190416

    当前法律状态:

    公开

    有效性:

    审中

    法律详情: 公开
    IPC分类号: H04B17/00 主分类号: H04B17/00
    申请人: 北京航天测控技术有限公司
    发明人: 崔亮;贾凡;郭照峰;翟宇;杨增顺;王鹏;白拴龙;李秋芳;庞淑玲
    地址: 100041 北京市石景山区实兴东街3号
    优先权:
    专利代理机构: 11120 代理人: 代丽;仇蕾安
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201811651574

    授权公告号:

    法律状态公告日:

    20190416

    法律状态类型:

    公开

    摘要

    本发明公开了一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置及方法。使用本发明能够调节输出幅值、信号波形斜率(上升/下降时间)及抖动时间等参数,并可以准确测试出MVB/WTB通讯信号接收设备的接收边界范围。本发明基于双D/A转换器结构,采用高速描点技术,使两路D/A转换器按照时序模拟输出MVB/WTB信号,能够调节输出信号的电气特性参数。本发明还能够通过调节输出信号,可以准确测试出MVB/WTB通讯信号接收设备的接收边界范围。

    权利要求书

    1.一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,其特征在于,包括:依次串联的数据转换???、编解码???、FIFO及采集转化???; 其中,所述数据转换??橛糜诮邮招藕旁捶⑺偷腗VB/WTB通讯信号并转化为单端信号,输出至编解码???; 所述编解码??榘ń饴氲ピ捅嗦氲ピ?,所述解码单元根据MVB/WTB通讯协议对接收到单端信号进行解码,提取出信号有效数据并依次存入FIFO中;所述编码单元读取FIFO中的数据并根据MVB/WTB通讯协议进行编码,输出数据帧至采集转化???; 所述采集转化??榘铰吠ǖ?,两路通道上均设有DA芯片和放大器,两路DA芯片采集编解码??槭涑龅氖葜〔⒆D庑藕?;其中一路DA芯片输出MVB/WTB信号正端;另一路取其输出数值负值,输出MVB/WTB信号负端;放大器用于将DA转化的模拟信号进行放大并输出,最终获得MVB/WTB模拟差分信号。 2.如权利要求1所述的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,其特征在于,所述数据转换??椴捎肦S485芯片。 3.如权利要求1所述的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,其特征在于,所述解码单元和编码单元采用同一块FPGA芯片,采用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片。 4.如权利要求1所述的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,其特征在于,采用高速DA芯片AD9708,8位分辨率,最高传输速率达125MSPS。 5.如权利要求1所述的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,其特征在于,还包括一个信号接收???,所述信号接收??橛氡嘟饴肽?榱?;所述信号接收??橛糜诮邮辗蠢〉腗VB/WTB信号,并转化为单端信号输出至编解码???; 编解码??楦軲VB/WTB通讯协议,对收到的数据帧进行发送帧和反馈帧的识别,如果收到的是反馈帧,则将反馈帧输出至数据转换???,由数据转换??榉蠢≈列藕旁?;如果收到的是由数据转换??榉⑺偷姆⑺椭?,则对发送帧进行解码、编码后输出至读取及模拟???,经读取及模拟??樯蒑VB/WTB模拟信号。 6.一种采用如权利要求1~5任意一项所述的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置的通讯信号模拟方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1,数据转换??榻邮招藕旁捶⑺偷腗VB/WTB通讯信号并转化为单端信号,输出至解码???; 步骤2,解码单元对接收到单端信号进行解码,提取出信号有效数据并依次存入FIFO中;其中,解码单元通过设置帧间存储时间的间隔时间参数,调整帧与帧之间的发送时间间隔,从而实现延时发送帧信号及调节信号帧间时间间隔功能; 步骤3,编码单元读取FIFO中的数据并进行编码,输出数据帧至采集转化???;其中,编码单元通过改变其读取FIFO的读取速率,改变输出数值的保持时间,从而改变输出信号波形; 步骤4,采集转化??橹辛铰稤A芯片采集编码单元输出的数据帧并转化为模拟信号,模拟MVB/WTB信号的正负端,经放大器放大后输出;其中,通过改变DA芯片参数,改变输出波形的幅值、波形斜率、以及抖动时间。 7.一种如权利要求6所述的通讯信号模拟方法,其特征在于,采用随机数产生随机数产生算法在配置参数的范围内生成随机数,DA芯片根据所述随机数改变其输出数值的保持时间,进而改变调节信号的抖动时间。

    说明书


    一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置及方法
    技术领域


    本发明涉及高速列车通讯技术领域,具体涉及一种高速列车MVB/WTB通讯信号的
    模拟装置及方法。


    背景技术


    随着高速列车的广泛使用,对高速列车通讯性能的要求进一步提高。目前MVB/WTB
    通讯信号一般由RS485通讯芯片产生,不能对输出的电气特性参数进行调整,例如:输出幅
    值、信号波形斜率(上升/下降时间)及抖动时间等参数。无法准确测试出MVB/WTB通讯信号
    接收设备的接收边界范围。


    发明内容


    有鉴于此,本发明提供了一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置及方法,能够
    调节输出幅值、信号波形斜率(上升/下降时间)及抖动时间等参数,并可以准确测试出MVB/
    WTB通讯信号接收设备的接收边界范围。


    本发明的高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置,包括:依次串联的数据转换模
    块、编解码???、先入先出队列(FIFO)及采集转化???;


    其中,所述数据转换??橛糜诮邮招藕旁捶⑺偷腗VB/WTB通讯信号并转化为单端
    信号,输出至编解码???;


    所述编解码??榘ń饴氲ピ捅嗦氲ピ?,所述解码单元根据MVB/WTB通讯协议
    (标准协议)对接收到单端信号进行解码,提取出信号有效数据并依次存入FIFO中;所述编
    码单元读取FIFO中的数据并根据MVB/WTB通讯协议进行编码,输出数据帧至采集转化???;


    所述采集转化??榘铰吠ǖ?,两路通道上均设有DA芯片和放大器,两路DA芯
    片采集编解码??槭涑龅氖葜〔⒆D庑藕?;其中一路DA芯片输出MVB/WTB信号正
    端;另一路取其输出数值负值,输出MVB/WTB信号负端;放大器用于将DA转化的模拟信号进
    行放大并输出,最终获得MVB/WTB模拟差分信号。


    进一步的,所述数据转换??椴捎肦S485芯片。


    进一步的,所述解码单元和编码单元采用同一块FPGA芯片,采用Altera公司的
    Cyclone IV系列FPGA芯片。


    进一步的,采用高速DA芯片AD9708,8位分辨率,最高传输速率达125MSPS。


    进一步的,还包括一个信号接收???,所述信号接收??橛氡嘟饴肽?榱?;所述
    信号接收??橛糜诮邮辗蠢〉腗VB/WTB信号,并转化为单端信号输出至编解码???;


    编解码??楦軲VB/WTB通讯协议,对收到的数据帧进行发送帧和反馈帧的识别,
    如果收到的是反馈帧,则将反馈帧输出至数据转换???,由数据转换??榉蠢≈列藕旁?;如
    果收到的是由数据转换??榉⑺偷姆⑺椭?,则对发送帧进行解码、编码后输出至读取及模
    拟???,经读取及模拟??樯蒑VB/WTB模拟信号。


    本发明还提供了上述模拟装置的通讯信号模拟方法,包括如下步骤:


    步骤1,数据转换??榻邮招藕旁捶⑺偷腗VB/WTB通讯信号并转化为单端信号,输
    出至解码???;


    步骤2,解码单元对接收到单端信号进行解码,提取出信号有效数据并依次存入
    FIFO中;其中,解码单元通过设置帧间存储时间的间隔时间参数,调整帧与帧之间的发送时
    间间隔,从而实现延时发送帧信号及调节信号帧间时间间隔功能;


    步骤3,编码单元读取FIFO中的数据并进行编码,输出数据帧至采集转化???;其
    中,编码单元通过改变其读取FIFO的读取速率,改变输出数值的保持时间,从而改变输出信
    号波形;


    步骤4,采集转化??橹辛铰稤A芯片采集编码单元输出的数据帧并转化为模拟信
    号,模拟MVB/WTB信号的正负端,经放大器放大后输出;其中,通过改变DA芯片参数,改变输
    出波形的幅值、波形斜率、以及抖动时间。


    进一步的,采用随机数产生随机数产生算法在配置参数的范围内生成随机数,DA
    芯片根据所述随机数改变其输出数值的保持时间,进而改变调节信号的抖动时间。


    有益效果:


    本发明基于双D/A转换器结构,采用高速描点技术,使两路D/A转换器按照时序模
    拟输出MVB/WTB信号,能够调节输出信号的电气特性参数。本发明还能够通过调节输出信
    号,可以准确测试出MVB/WTB通讯信号接收设备的接收边界范围。


    附图说明


    图1为本发明高速列车MVB/WTB通讯信号模拟装置结构示意图;


    图2为本发明高速列车MVB/WTB通讯信号抖动时间模拟时序图;


    图3为本发明高速列车MVB/WTB通讯信号帧间间隔时间示意图。


    图4为本发明收发一体结构示意图。


    具体实施方式


    下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。


    本发明提供了一种高速列车MVB/WTB通讯信号的模拟装置及方法,如图1所示,包
    括依次串联的数据转换???、解码???、先入先出队列(FIFO)、编码??榧安杉??;


    其中,数据转换??橛糜诮邮招藕旁捶⑺偷腗VB/WTB通讯信号,MVB/WTB通讯信号
    为差分信号,数据转换??榻邮盏降牟罘中藕抛ザ诵藕藕?,输出至解码???。其
    中,可以采用RS485芯片接收高速列车MVB/WTB信号(差分信号),并将其转化为单端信号。


    解码??楦軲VB/WTB通讯协议(标准协议)对接收到单端信号进行解码,提取出
    信号有效数据并依次存入FIFO中。其中,可以采用现场可编程门阵列(FPGA)对接收到的单
    端信号进行解码,FPGA根据MVB/WTB通讯协议识别信号帧头及帧尾,将帧头与帧尾略去,并
    将有效数据发送至存储???。其中,采用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片,数据传输
    速率最高可达3Gbps;FPGA芯片的数据传输速率越高,采样率越高,波形失真率越小。其中,
    FPGA接收到信号源的发送信号后,将接收到的多个信号帧解码后依次存入FIFO中,可通过
    设置的帧间存储时间的间隔参数,调整帧与帧之间的发送时间间隔,从而实现延时发送帧
    信号及调节信号帧间时间间隔功能。


    所述编码??槎寥IFO中的数据并进行编码,即根据MVB/WTB通讯协议添加帧头
    及帧尾,输出数据帧至采集转化???;其中,可以通过改变编码??榈腇IFO读取速率,能够
    调整读取FIFO中数据的快慢,从而改变输出数值的保持时间,进而改变输出的模拟波形。编
    码??榭梢圆捎猛桓鯢PGA完成。


    所述采集转化??榘铰吠ǖ?,两个通道上均设有DA芯片和放大器,通过DA芯
    片高速描点采集编码??槭涑龅氖葜〔⒆D庑藕?,模拟MVB/WTB信号的正负端,放
    大器用于将DA转化的模拟信号进行放大并输出,最终获得MVB/WTB模拟差分信号。其中,将
    一路DA芯片输出模拟差分信号正端,另一路DA芯片输出数值为第一路DA芯片输出数值的负
    值,模拟差分信号负端。其中,本实施例使用最高传输速率达125MSPS的DA芯片,通过DA快速
    的输出信号,沿着时间轴不断调节输出的幅值,从而形成需要的波形,其中,采用的DA芯片
    的传输速率越高,精度越高,波形失真率越小。通过改变DA芯片参数,实现调整MVB/WTB差分
    信号幅值、上升/下降时间、抖动时间等功能。本实施例采用AD公司的高速DA芯片AD9708,8
    位分辨率;DA芯片的输入与输出具有一一对应关系,比如:输入0000_0000,输出-5V;输入
    1000_0000,输出0V;输入1111_1111,输出5V;因此,通过改变AD9708芯片的8位输入数值,即
    可改变输出数值,从而改变DA芯片输出数值及模拟波形;同时,改变波形斜率,沿着时间轴,
    根据设置的参数,改变不同时间点对应的DA芯片输出数值,能够产生不同斜率的波形。比
    如:时间点0ns,输出0V;时间点10ns,输出1V;时间点0ns,输出0V,保持10ns;时间点10ns,输
    出1V,保持10ns;时间点20ns,输出2V,保持10ns;时间点30ns,输出3V,保持10ns;时间点
    40ns,输出4V,保持10ns;时间点50ns,输出5V;以后时间保持5V,那么就会产生阶梯式上升
    的波形,最后稳定,由于时间很快,所以可认为是有明显上升斜率的模拟信号波形,从而实
    现上升、下降时间调整。此外,还可以使用随机数产生算法在配置参数的范围内生成随机
    数,DA根据随机数数值确定读取FIFO的次数,从而改变输出数值的保持时间,进而改变DA输
    出的模拟波形,达到调节信号的抖动时间的目的。


    图1是本发明高速列车MVB/WTB通讯信号模拟方法结构示意图。如图所示,MVB/WTB
    信号(差分信号)进入RS485芯片后转换为单端信号,然后进入FPGA中进行解码,并将解码后
    的数据存储在FIFO中。读取FIFO中的数据通过两路DA芯片及放大器进行输出,分别模拟
    MVB/WTB信号正负两端。其中,通过设置FIFO读取时序、DA芯片描点频率及放大器放大倍数
    等参数,可以改变MVB/WTB信号的输出幅值、上升/下降时间、抖动时间及帧间间隔时间等参
    数。


    图2是本发明高速列车MVB/WTB通讯信号抖动时间模拟时序图。如图所示,第一排
    数据为存储在FIFO中的数据,如果需要调节抖动时间,则启动随机数产生器,根据配置参
    数,可在该数值范围内产生随机数,从而改变DA描点的频率,达到调节抖动时间的目的(第
    二排数据)。


    图3是本发明高速列车MVB/WTB通讯信号帧间间隔时间示意图。如图所示,接收到
    多帧数据后,FPGA嵌入式软件能够自动识别帧类型、数据传输方向,对帧数据进行延时补
    偿,并根据延时补偿算法及配置参数改变帧间间隔时间。


    上述方法中,为降低信号传输时延,硬件上采用高速FPGA和高速DA芯片组合的方
    式,减少系统响应时间;软件上采用双向判读+延时补偿算法,优化时序逻辑。使得系统延迟
    时间小于3us,高速列车MVB/WTB通讯过程不受影响。


    上述方法中,采用随机数产生算法+双DA高速描点算法,模拟产生MVB/WTB信号的
    抖动波形,通过设置随机数产生的最大/最小值,从而改变抖动时间。


    此外,本发明还可以通过增加一个RS485芯片实现双向通信功能。如图4所示,增加
    RS485芯片3,可实现收发一体。


    其中,信号发送过程如下:信号源发送信号,经过RS485芯片-1—FPGA—DA-1和DA-
    2,最后发送到接收器,该发送过程可通过调节改变DA参数,改变输出的幅值、上升/下降时
    间和抖动时间,通过FPGA改变帧间存储的时间间隔,实现延时发送功能。


    信号接收过程如下:接收器反馈信号,经过RS485芯片-3—FPGA—RS485芯片-2,该
    接收过程直接将反馈信号经FPGA和RS485芯片后,返回给信号源。


    双向判读:FPGA根据MVB/WTB通讯协议,自动识别发送帧和反馈帧(帧结构不同,可
    通过识别帧头、帧尾进行判读),从而判读信号传输方向。


    本发明基于双D/A转换器结构,采用高速描点技术,使两路D/A转换器完成高速列
    车MVB/WTB通讯信号模拟过程。以WTB信号为例,通过双D/A转换器描点模拟输出后,信号幅
    值变化范围:0.3V~5V;上升下降时间变化范围:0~100ns;抖动时间变化范围:0~90ns。在
    上述变化范围内,接收设备能够正常接收到WTB信号。


    综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的?;し段?。
    凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的
    ?;し段е?。


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    一种 高速 列车 MVB WTB 通讯 信号 模拟 装置 方法
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